Aula 04 - Lixiviação | PDF | Metalurgia | Mineração
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Fabricação do aço fundido
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A lixiviao a extrao ou solubilizao dos constituintes qumicos de uma rocha, mineral, solo, depsito sedimentar e etc. pela ao de um fluido percolante. Em metalurgia e outras reas relacionadas, a lixiviao utilizada para separar metais de valor de um minrio por meio de soluo aquosa de maneira barata (sem ser necessrio o beneficiamento do minrio).
Em outros casos, tambm usada para se fazer a remoo de impurezas, quando recebe o nome de lixiviao inversa. Este tipo de lixiviao chamamos de lixiviao qumica e pode ser divida em dois tipos:
lixiviao direta e lixiviao sob presso.
J em geologia, chamamos de lixiviao ao processo de arraste ou lavagem dos sais minerais presentes no solo, caracterizando uma forma inicial de eroso, ou eroso leve.
O processo de lixiviao executado com o objetivo nico de separao. A lixiviao consiste, tipicamente, na remoo do metal de valor de modo a separ-lo de uma grande massa de ganga com um beneficiamento mnimo do minrio. Contornam-se, dessa forma, os custos associados ao tratamento do minrio. O procedimento segue com processos extrativos hidrometalrgicos.
Em alguns casos, a lixiviao tambm usada para a remoo de impurezas. Quando realizada com este objetivo, o processo chamado de lixiviao inversa, ou beneficiamento hidrometalrgico. O mineral do metal de valor permanece no estado slido.
O caso do Alumnio a mais importante aplicao da lixiviao intermedirio entre os citados anteriormente, onde o teor do minrio contendo o metal de valor elevado e a lixiviao feita basicamente para deixar intocadas as impurezas.
O teor de Al2O3 na composio tpica da bauxita (uma mistura de minerais) de uso industrial est na faixa de 40-60%.
O procedimento segue com processos extrativos hidrometalrgicos.
A capacidade de tratar minrios com baixos teores, dispensando o seu beneficiamento, a caracterstica bsica da lixiviao, que se fundamenta na especificidade do agente de lixiviao empregado. Idealmente, e de maneira geral, o agente lixiviante deve ser:
barato especfico para no reagir com a massa de minerais da ganga e assim dissolver elementos indesejados solvel em gua; e reciclvel para no elevar os custos do procedimento extrativo.
Na lixiviao, os reagentes mais comuns so:
cido sulfrico, sulfeto frrico, amnia e carbonato de amnio.
O cido sulfrico usado com minerais da classe dos xidos. O sal frrico oxidante empregado no ataque a sulfetos. As solues amoniacais so empregadas na lixiviao de cobre nativo ou cobre e nquel no estado metlico (previamente reduzidos em alguma outra operao). Se o mineral for um sulfato natural ou produto da ustulao de um sulfeto bastar gua para dissolv-lo. Se pudermos escolher entre cidos ou lcalis, escolheremos cidos para uma ganga cida, e viceversa.
A cintica de reao do lixiviante com o minrio; O custo dos reagentes; As reaes qumicas entre a soluo lixiviante e a ganga; e A capacidade de separao slido/lquido e recuperao do agente.
A concentrao do agente na gua varia bastante: o cido sulfrico, por exemplo, usado desde a concentrao de 1-5 g/L, na lixiviao em pilhas, at a concentrao de 50 g/L, na lixiviao por agitao.
O emprego de bactrias na lixiviao de sulfetos uma prtica industrial moderna; Por exemplo, a bactria Thiobacyllus ferrooxidans, durante a lixiviao do sulfeto de cobre contendo ferro, oxida o Fe e o Fe. Isso inibe a dissoluo do ferro e, por conseqncia, multiplica a taxa de dissoluo do cobre por um fator que varia entre 10 e 100 vezes.
Aps a seleo do reagente, o prximo passo a escolha do sistema de lixiviao. Os sistemas mais usados so:
Lixiviao em tanques Lixiviao no local (In Situ Leach) Lixiviao em pilhas (Heap Leach)
E quanto a operao:
Com agitao aberta Com agitao sob presso Em leitos estticos
Logo, existem muitos mtodos de lixiviao, a escolha de um deles depende de diversos fatores como, por exemplo,
granulometria do minrio, taxa de produo, custo, composio do mineral, tcnicas subsequentes necessrias.
A natureza dos mtodos varia desde aqueles nitidamente industriais, que necessitam equipamentos sofisticados e apresentam produo elevada, at as tcnicas quase desprovidas de reatores, que so empregadas proximamente ou diretamente na mina, ou mesmo no solo no-minerado (in situ). Isso se aplica especialmente aos minrios com teores tais que o custo da minerao impeditivo. Um estgio intermedirio aquele da lixiviao em pilhas de minrio (sobre uma superfcie impermevel) mas, que tambm podem ser de rejeitos acumulados por antigos empreendimentos de minerao.
Os sistemas de lixiviao esttica em pilhas e no local so mais adequados a situaes onde dispe-se de corpos mineralizados de baixo teor. Nestas condies, o investimento a ser feito numa unidade de lixiviao pode no compensar os ganhos a serem obtidos com um aumento na recuperao do metal de interesse. Este quadro se altera para os casos em que se trata de depsitos com nveis de concentrao mais elevados, onde uma diminuio na eficincia da lixvia poderia implicar em perdas econmicas significativas.
Lixiviao em Tanques
Nesta tcnica, a lixiviao conduzida em tanques conectados em srie, onde o minrio finamente triturado entra em contato com a soluo lixiviante, que pode ser cida ou alcalina, formando uma lama, cuja densidade a mxima possvel (tipicamente 55% de umidade) para minimizar o consumo de reagentes e volume no circuito. A densidade deve ser tal que seja possvel alcanar um nvel onde a adequada mistura de reagentes e controle das condies de lixiviao possam ser obtidos.
O sistema de agitao nos tanques pode ser tanto mecnico, quanto agitao usando ar. A escolha do mtodo de agitao dependente de um nmero de variveis tais como:
densidade do minrio, tamanho de partcula, natureza abrasiva (determinado pela forma e mineralogia).
Para lamas mais grosseiras, o consumo de ar (no caso de agitao por ar) pode ser inaceitavelmente elevado. O circuito de lixiviao pode conter at 12 tanques em srie, porm 4 ou 5 tanques podem ser considerados suficientes para garantir que todo material entre no circuito com um tempo de residncia adequado. Os tanques so conectados de tal forma que o circuito possa ser desviado, quando da necessidade de manuteno em qualquer um deles. Este sistema de lixiviao apresenta um fluxograma complexo, em alguns casos necessrio um circuito em dois estgios.
Uma larga variedade de esquemas de adio de reagentes tem sido adotada; em alguns casos os reagentes so adicionados no incio do circuito, em outros, tanto a soluo lixiviante quanto o oxidante so distribudos em quase todos os tanques do circuito. Diversos parmetros precisam ser controlados para uma melhor eficincia do processo. No caso de circuitos cuja lixiviao em meio cido, o pH no deve ser superior a 2, para evitar a precipitao do on frrico e outros ons. A acidez do licor final deve ser suficientemente alta para prevenir a precipitao de alguns metais.
A temperatura e a concentrao dos componentes da soluo iro determinar o valor de pH no qual a precipitao ir ocorrer. A grande desvantagem da tcnica de lixiviao em tanques (alm do alto consumo de energia) o tipo de rejeito que gerado: aps a lixiviao, o licor obtido rico em metal separado e segue as demais etapas para obteno do produto final, e o material slido (os chamados tailings), segue para a rea de deposio de rejeitos.
O gerenciamento deste tipo de rejeito constitui um desafio, principalmente em termos de gerenciamento a longo prazo, por causa dos grandes volumes produzidos e por serem constitudos. Alm dos grandes volumes gerados, devido fina granulometria do material, o acesso e a disperso no ambiente dos constituintes danosos do tailing atravs do arraste elico, deve ser restringido.
Ex: rejeito da lixiviao para obteno de urnio.
Fluxograma de Um Processo de Lixiviao em Tanques. Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico
Quanto a forma de operao, tanques agitados, agitados sob presso, ou simplesmente leito estticos, diferenciam a cintica qumica e aumentam a velocidade da reao e o rendimento da lixiviao, alcanando ndices de 100% de extrao para alguns metais. Sero estudados em cada minrio, e como aumentam o rendimento e a velocidade da reao.
O processo de In Situ Leach (ISL) combina a minerao e o beneficiamento de um determinado mineral ou elemento em uma nica etapa. Esta tcnica pode ser utilizada na recuperao de urnio, cobre, nquel, ouro, ferro, fosfato, embora urnio e cobre sejam os elementos mais correntemente explorados.
Enquanto que o processo tradicional de minerao envolve as etapas de escavao e remoo do minrio, (seja em cava aberta ou escavao subterrnea) e o processamento do minrio por beneficiamento fsico e qumico para lixiviar o elemento de interesse do minrio, a tcnica de ISL envolve a circulao direta da soluo lixiviante, atravs do corpo mineralizado e posterior recuperao desta soluo contendo o metal de interesse nela dissolvido. Neste mtodo, no efetuada a escavao do minrio, diminuindo, assim, a gerao de rejeitos slidos e a formao de aerossis.
Entretanto, nem todos os depsitos de minrio so adequados para a aplicao da tcnica de ISL. O corpo mineralizado deve possuir as seguintes caractersticas:
Ocorrer em rochas porosas ou permeveis (como arenitos); Estar confinado (isolado) por camadas de material impermevel, como por exemplo, argilas; Estar localizado abaixo do lenol fretico e portanto saturado com gua subterrnea de ocorrncia natural; O tipo de mineralizao deve ser facilmente lixivivel, Possuir um teor mnimo para que a recuperao seja economicamente vivel; Permitir um contato efetivo entre a soluo lixiviante e o minrio .
Os minrios que tipicamente atendem a este critrio so usualmente encontrados em arenitos ou em areias de leitos de rios antigos.
Em alguns casos, o processo de ISL envolve a perfurao de uma srie furos at o aqfero onde est contido o depsito. Uma soluo lixiviante injetada no aqfero para oxidar e dissolver o metal de interesse, sendo ento bombeada para a superfcie para extrao em uma planta de processo. A soluo antes de entrar em contato com o minrio chamada de soluo estril, por no conter o elemento que se deseja extrair, sendo que quando retorna superfcie, a soluo se encontra carregada com o elemento de interesse.
Os furos so divididos em furos de extrao e de injeo. Locais fora da rea do depsito tambm so perfurados para que se faa o monitoramento, a fim de identificar um possvel escape das solues. Devido complexidade e variedade inerente formao deste tipo de depsito, uma variedade de solues lixiviantes e de configuraes do sistema de bombeamento e monitoramento podem ser utilizadas. A eficincia desta tcnica est na faixa de 60-80% de recuperao.
A imagem abaixo apresenta um esquema tpico do processo de ISL para a extrao de Urnio.
Minerao de Bauxita So Domingos PA
Canal para adio de agente lixiviante
Lixiviao Em Pilhas
A tcnica de Heap Leach muito utilizada na minerao de ouro, prata, cobre e urnio quando o minrio apresenta baixos teores. Neste mtodo, o minrio extrado, britado e disposto em pilhas sobre uma superfcie impermevel, com sistema de coleta de solues para que seja adicionada a soluo lixiviante, que tal como na ISL pode ser cida ou alcalina.
A uniformidade na distribuio da soluo de lixiviao um fator essencial para o bom desempenho da tcnica, alm disso, alguns fatores devem ser considerados, tais como:
Mineralogia do Minrio Oxidao Reagentes utilizados
Mineralogia do Minrio: O Heap Leach mais dependente da mineralogia do que a lixiviao agitada convencional. As pilhas de minrio com alto teor de argila apresentam baixa permeabilidade e, at a dcada de 80, o Heap Leach no era considerado adequado para estes minrios. Em pases como a China, onde o solo rico em argila, o minrio era processado por tcnicas convencionais de lixiviao agitada que apresentam como desvantagens um fluxograma mais complexo, alto consumo de energia e de reagentes, aumentando assim, o custo da produo. A fim de minimizar este tipo de problema, tm sido estudados mtodos de aglomerao do minrio, deixando-o na forma de pelotas (pellets).
Oxidao: Alguns metais como o urnio so pouco solveis em meio redutor, por isso, dependendo do tipo de minrio, necessrio a adio de um agente oxidante para melhorar a eficincia da lixiviao. Alm dos oxidantes qumicos, estudos utilizando bactrias atualmente tm sido desenvolvidos em minerais contendo pirita (FeS2). O mecanismo ocorre de forma indireta; a bactria oxida a pirita, e o on frrico resultante oxida o metal de interesse.
Reagentes: As solues lixiviantes utilizadas possuem as mesmas caractersticas das utilizadas nos processos convencionais de lixiviao agitada, porm os volumes utilizados geralmente so menores.
Dentre as vantagens da tcnica de Heap Leach podemos destacar:
a tcnica oferece um custo relativamente baixo para recuperao de metais em minrios de baixo teor; e o tamanho das partculas do minrio nas pilhas, mais grosseiro, facilita a disposio do minrio exaurido, minimizando eroso e espalhamento pelo vento.
Pilhas de Lixiviao
Lixiviao x Percolao
No se deve confundir lixiviao com percolao. comum haver a confuso dos termos lixiviao e percolao porque, tecnicamente, diz-se que a lixiviao a remoo de solutos por meio de um agente lixiviante que percola o solo/minrio. A percolao consiste no movimento descendente do agente rumo s regies mais profundas do solo. Assim, se torna claro, o agente lixiviante percola, o soluto lixivia, isto , sofre lixiviao.
Lixiviao em pilhas devido aos baixos investimento e custos operacionais, pode ser utilizada para o aproveitamento de minrios marginais ou rejeitos.
A recuperao, nesses casos, relativamente baixa, os ciclos so longos e o consumo de reagentes elevado. A lixiviao em pilhas de minrios o principal mtodo de beneficiamento de minrios oxidados de ouro de baixo teor. Podem ser alcanadas recuperaes da ordem de 50 a 85%.
Lixiviao em tanques estacionrios (vat leaching ) apresenta resultados intermedirios entre a lixiviao em pilhas e a lixiviao em tanques agitados em termos de recuperao metalrgica alcanada, investimentos e custos operacionais envolvidos, sendo preterida em relao tcnica de lixiviao em pilhas. Lixiviao em tanques agitados muito utilizada para tratar minrios que requerem moagem, com teores altos, que justifiquem o investimento e os custos operacionais mais altos. So alcanadas recuperaes superiores a 90%. .